1000MW汽轮机一键启动关键技术分析

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[摘 要]本文指出了1000mw汽轮机一键启动功能在调试运行过程中，主机系统及辅助系统的技术关键点及难点。基于调试数据，对一键启动功能进行了理论分析，并针对技术关键点及难点提出了解决方案

[关键词]一键启动 温度准则 辅助系统

中图分类号：TM923.62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0006-02

1 引言

汽轮机将控制系统置于汽轮机一键启动运行方式时，运行人员只须操作一个启动键，机组即可自动启动、升速至额定转速，甚至并网、带负荷。在此过程中，目标转速、升速率、过临界转速的升速率的给定、暖机过程控制以及阀切换等均由程序中预设的汽轮机自启动曲线给出。

2 汽轮机一键启动控制系统简介

如图1所示，西门子汽轮机一键启动控制系统称作SGC。SGC一方面设计有顺序控制和调节功能，类似于传统的DEH系统，通过控制汽轮机各类进汽调节阀，完成对汽轮机启、停、运行、带负荷过程的控制；另一方面，SGC还包含了5个相互独立的SLC子系统，一般称作辅助系统，分别用来控制主机油、EH油、轴封、抽汽、疏水系统。

3 一键启动过程中的温度控制

3.1 温度准则简介

温度准则一般包括三个：X准则、TSE准则。其主要目的就是严防汽轮机局部积水，确保各处膨胀均匀，提高汽轮机运行的安全性，减小热应力，降低汽轮机的寿命损耗。

（1）X准则[1]

汽轮机启动过程中，启动工质需要满足一定的条件，用来判断主汽门、调节汽门是否可以开启、汽轮机是否可以升速到额定转速以及是否可以并网，这些条件在汽轮机控制系统中被称为X准则。其主要内容如表2所示。

（2）TSE准则（应力裕度）

为确保机组的安全运行，汽轮机组在启动与运行过程中有严格的温度限制，对于汽轮机本体来说，主要体现为温差限制，例如，高压主汽门升裕度=左侧高压主汽阀50%处壁温的f（x）函数-（左侧高压主汽阀100%处壁温-左侧高压主汽阀50%处壁温）

其中f（x）函数为：

在汽轮机启动与运行过程中，温差裕量越大，汽轮机相应热应力越小，汽轮机的寿命损耗就越小，不同位置的温差产生的热应力对汽轮机的寿命影响不同。温差裕量过小时，汽轮机的升速率或升负荷率会降低。温差裕量为负时，汽轮机会自动减负荷，以使温差满足要求，如果温差过大，汽轮机会触发跳闸保护信号。

3.2 温度准则实际应用过程中的几点建议

（1）启动中要注意冲转参数的选择，要尽量符合DEH的推荐值。主汽压力控制在8.5MPa。汽温的控制是个难点：一方面，主汽温因为测点位置，很难上升，需要多次暖阀，对于冷态启动，要在汽压较低时就尽早的暖阀，延长暖阀时间，同时要控制好主汽温度和过热度；另一方面，再热汽温不能过高，对于中压转子50%温度在100℃以下，再热汽温不能超过403℃。实际应用中摸索出380～400℃是比较合适的；

（2）对暖阀方式进行优化。一键启动功能设计是采用从第14步设阀限，投蒸汽品质确认，回到第11步再向下走步的循环暖阀方式。该方式必须要等暖阀结束，主汽门关闭后，才能可进行投蒸汽品质确认，同时设阀限要等指令为0%后再进行下一次暖阀。在实际应用中，由于在第12步有90s的延迟时间，可以利用该延时时间，在该步骤中增加切除蒸汽品质满足的复位功能，运行人员通过在第12步手动复位蒸汽品质，可以有效实现循环暖阀；

（3）在X准则全部满足时，才可以准备进行冲转；在TSE大于30℃才能升至全速，否则，在临界区升速率不够，会自动降速，无法升速至额定转速。因此，冲转前对于主汽温度的控制要特别严格。

4 一键启动过程中的辅助系统控制

4.1 辅助系统的意义及要求

辅助系统包含汽轮机油系统、汽轮机EH油系统、轴封系统、抽汽加热系统（部分）、汽轮机疏水系统[2]。

将辅助系统纳入汽轮机一键启动功能，对辅助设备的精确性、可靠性提出了更高的要求。因为在机组自启动顺控、联锁保护逻辑中，需要用到大量的辅助系统相关的反馈信号，一旦系统中测点、阀门或者电机的状态信号出现问题，则会影响顺控的顺利进行，严重时甚至引起抽汽阀拒绝自动关闭、疏水阀拒绝自动打开等保护拒动。

4.2 辅助系统控制中的关键点及建议

4.2.1 轴封系统

（1）轴封压力、温度控制

轴封压力控制回路通过一个调节器同时控制轴封供汽调阀、溢流调阀。轴封温度通过供汽调阀前的减温水控制，轴封供汽调阀前的温度与高压转子计算温度成对应关系，见图3[3]：

当主机高压转子计算温度大于300℃时，轴封供汽调门前的温度应控制在280～320℃；当主机高压转子计算温度低于200℃时，即冷态冲转时，轴封供汽调阀前的温度可适当降低为240～300℃，允许的进汽温度为上图中两条折线之间的部分。

（2）轴封温度保护

温度保护分为两种情况，温度过低，或者供汽调阀前蒸汽过热度过低，均会强关轴封供汽调阀；温度过高，当轴封供汽母管的温度高于330℃时，则会按照温度每升高1℃，对应轴封供汽调门指令叠加10%开度的函数关系，打开轴封供汽调阀，进行降温。

（3）关键点分析及建议

第一，压力测点安装位置要严格把关。轴封压力测点的安装位置一定要满足安装要求，在轴封系统平面以上安装，以避免轴封压力测点因为采样管段出现蒸汽凝结，而出现频繁大幅度的波动；

第二，轴封温度应严格控制在280℃以上，特别是机组跳闸后，应重点关注该温度，以防抱轴；

第三，要特别强调的是，对于轴封温度保护功能，应通过现场试验的方式，确定轴封温度同轴封供汽调阀开度的实际函数对应关系，以保证温度高时，调阀打开后，在有效降低轴封温度的同时，不会引起轴封系统超压。

4.2.2 油位保护

在ETS保护中，油箱油位高、低都要触发ETS，其保护定值并不是固定的，而是将汽轮机转速信号通过线性函数F（x）进行计算，得到一个基本油位值L，L+150mm作为油位高保护动作定值，L-100mm作为油位低保护动作定值。

F（x）如表4所示

对于油位保护，应注意两点：

第一，必须保证油箱油位信号的准确性和冗余度。现场投运后，若出现油位信号故障或者损坏，极易引起该保护的误动或者拒动；

第二，由表4可知，机组首次进油时，要掌握进油量，将油位严格控制在F（X）要求的定值范围内。同时，后期机组冲转、并网、带负荷几个阶段，要及时调整油位，使油位尽量接近F（X）的定值，避免由于油位的波动引起ETS保护动作。

5 结语

一键启动功能引入汽轮机控制后，主机设备运行的稳定性、可靠性都得到了大幅提升；液压系统，特别是调阀在特别小开度时的流量特性也相当精确，转速调节品质好，动、静态偏差均不超过±3RPM；负荷跟踪能力强，动、静态偏差小于±1MW。

参考文献

[1] 1000MW超超临界汽轮机自启动中热应力控制，祝建飞等，上海电力，2008（1）.

[2] 华能玉环电厂1000MW超超临界汽轮机调试出现的问题及对策，叶绍义，电力建设，2007（11）.

[3] 西门子N1000-26.25/600/600机组DEH控制系统说明书，上海汽轮机厂，第三版.